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编号:10204394
Bay K8644及 nifedipine对大鼠下丘脑神经元L-型Ca2+通道特性的影响
http://www.100md.com 《生理学报》 2001年第5期
     第一军医大学高温医学研究室;广州 510515 付青姐;邹飞*

    关键词:下丘脑;L-型Ca2+通道;Bay K8644;nifedipine;膜片箝技术

    摘要:采用神经元急性分离和膜片箝技术以及细胞贴附式方式记录通道活动, 探讨DHP类Ca2+通道激动剂Bay K8644及拮抗剂nifedipine对下丘脑神经元L-型Ca2+通道的影响。 结果显示, 在Bay K8644作用下, 通道开放形式发生变化, 明显可见多级开放; 通道平均开放时间、 平均开放概率显著增加, 但单通道电导无明显变化。nifedipine的作用与Bay K8644相反。 结果提示, Bay K8644对下丘脑神经元L-型Ca2+通道有明显激动作用, nifedipine有显著抑制作用。

    Ca2+通道调制药物主要分为三类: 双氢嘧啶(DHP)类Ca2+通道激动剂和拮抗剂、 phenylaklylamines类拮抗剂、 benzothiazepines类拮抗剂[1]。而DHP类Ca2+通道激动剂和拮抗剂是一类对L-型Ca2+通道相对特异的药物, 已有关于该类药物对海马、背根神经节等部位Ca2+通道作用的报道, 但鲜见有关下丘脑区神经元上的报道。本文主要探讨了DHP类Ca2+通道激动剂Bay K8644及拮抗剂nifedipine对下丘脑区神经元L-型Ca2+通道的影响。
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    1材料和方法

    1.1 材料

    1.1.1 动物健康的SD大鼠乳鼠(1~3 d), 雌雄不限, 由本校南方医院动物研究所提供。

    1.1.2 溶液及器材溶液: 电极液成分(mmol/L): BaCl2 110, HEPES 10, TEA-Cl 15、 CsCl 15、 TTX 0.001, 用Ba(OH)2将pH调至7.3。浴槽液成分(mmol/L): K-aspartate 140、 HEPES 10、 MgCl2 5、 glucose 10、 EGTA 10, 用KOH将pH调至7.3。人工脑脊液成分(mmol/L): NaCl 125、 KCl 5、 glucose 10、 NaHCO3 25、 NaH2PO4 1.5、 MgSO4 2、 HEPES 10、 CaCl2 2, 用NaOH将pH调至7.3。Bay K8644 (Sigma) 和nifedipine (Sigma)事先分别用DMSO溶解, 制成浓度均为1 mmol/L的储存液, 放入4℃的冰箱中保存。器材: 膜片箝放大器(CEZ 2400), 微电极拉制器(PC 10), 倒置显微镜(IX-70, Olympus), 微电极推进器(NARISIGE), AD/DA转换板(Digdata 1200, 美国 Ax-5期付青姐等: Bay K8644及 nifedipine对大鼠下丘脑神经元L-型Ca2+通道特性的影响生理学报 Acta Physiol. Sin. 53卷on), pClamp 6.02软件(美国Axon)。
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    1.2 方法

    1.2.1 细胞的急性分离在室温(20~25℃)条件下进行下列操作。参照邹飞等“适用于膜片箝研究的成年大鼠脑神经元急性分离法”[2]。 制备脑片: 将1~3 d的SD大鼠快速断头取脑, 分离下丘脑, 将其切成厚约400~500 μm的脑片; 平衡、 消化: 脑片放入通有氧气的人工脑脊液中, 在恒温水浴箱中平衡60 min, 用2.5%的胰蛋白酶液消化10 min; 机械分离: 将脑片移入装有2 ml人工脑脊液的试管中, 用Pasteur吸管按照直径从大到小的顺序依次吹打, 直到没有明显的组织块为止; 粘附: 悬浮液静置5 min后, 吸取中层细胞悬液, 滴加于涂有0.1 mg/L多聚赖氨酸的载玻片上, 15 min后进行膜片箝记录。

    1.2.2 单通道活动的记录放大器功能选择由search状态转换到VC状态, EXT COMMAND由1/1000转换到1/100状态。用细胞贴附式记录单通道电流, L-型Ca2+通道的记录参数为: 电位箝制-40 mV, 指令电压-30、 -20、 -10、 0、 10 mV, 每次记录768 ms。信号的采集由DigData 1200接口的数据采集系统和6.02版Pclamp信号采集程序完成。通道活动时间分布直方图用最小平方法(The least squares method)进行拟合。在不同事件的时间中的指数成分的数目则由似然率测验(likehood ratio test)决定。采样数字化水平用5~10 kHz, 分析忽视水平为100~200 μs。
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    1.2.3 数据处理和统计方法统计软件采用SPSS 8.0, 数据以mean±SE表示。

    2结果

    2.1 Bay K8644对L-型Ca2+通道的作用

    浴槽液中加入Bay K8644, 终浓度为2 μmol/L。

    2.1.1 Bay K8644对单通道开放形式的影响本实验用细胞贴附式, 记录加入药物前后L-型Ca2+通道的活动。结果表明, 无Bay K8644, 通道主要是一级开放, 未见多级开放。在药物作用下, 通道明显出现二级开放、 甚至多级开放。对单通道活动的多个事件进行全点电流直方图分析, 结果显示, 未加药物时, 通道仅有一个水平的电流, 而加入Bay K8644以后, 可见两个水平的电流, 这表明通道受Bay K8644影响, 的确存在多级开放。
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    2.1.2 Bay K8644对通道开、 关时间的影响无Bay K8644, 通道活动较少, 主要是短暂的闪烁样开放。加入Bay K8644后, 以持久性开放为主。比较-30 mV指令电压下Bay K8644加入前后的通道平均开放时间常数(τo)与平均关闭时间常数(τc1、 τc2), 显示通道平均开放时间增加, 由未加药物时的0.63±0.09 ms增加到1.67±0.21 ms (P<0.05, n=4),通道平均关闭时间长成分显著减小, 由61.31±19.25 ms降低到 29.89±11.71 ms (P<0.05, n=4), 加入药物前后通道平均关闭时间短成分相似, 无统计学差异(P>0.05, n=4) .

    2.1.3 Bay K8644对L-型Ca2+通道电流及电导的影响分析加入药物前后单通道电流, 发现Bay K8644对通道单位电流幅度(unitary current amplitude)没有明显影响。但通道整体平均电流(ensemble averaged current)出现几倍增加, 由加入药物前的接近于0的水平增加到0.89±0.11 pA (P<0.05, n=4)。在-30~10 mV指令电压内, 作加入药物前后通道的I-V关系曲线, 如图2所示: 表明加入药物后, 单通道的电导为29.1±4.3 pS (n=4), 与加入药物前的28.6±2.7 pS (n=4)相比无显著性差异(P>0.05, n=4) 。
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    2.1.4 Bay K8644对L-型Ca2+通道NPo的影响NPo是指在某一指令电压条件下, 箝制膜片上所有通道总的开放概率, NPo=to/t。其中N: 膜片上通道的数目; Po: 指令电压条件下, 刺激时间内, 正在开放的单个通道的开放概率; to: 每个trace期间, 单个通道的开放时间; t: 指令电压下, 刺激持续的总的时间。加入 2 μmol/L Bay K8644后, 通道NPo值显著增加。从箝制电位-40 mV阶跃至0 mV时, NPo值由药物加入前的0.36±0.11 (n=4)增加为0.97±0.03 (n=4), 加入药物前后NPo值具有统计学差异(P<0.05, n=4)。

    2.2 Nifedipine对L-型Ca2+通道的作用

    浴槽液中加入nifedipine, 终浓度为5 μmol/L。比较对照组及浴槽液中加入5 μmol/L nifedipin后 0 mV指令电压下L-型Ca2+通道的活动, 结果显示: (1) nifedipine加入前后通道单位电流幅度分别为1.41±0.7 pA (n=4)和1.27±0.8 pA (n=4), 两者相比无统计学差异 (P>0.05, n=4)(图3A)。(2) 通道的斜率电导无明显差异, 加药前为28.6±2.7 pS, 加药后为28.9±3.1 pS (P>0.05, n=4)。 (3) 通道整体平均电流由加药前的0.06±0.007 pA降低到0 pA (P<0.05, n=4), 见表1。 (4) 通道的NPo值明显减小, 由对照组的0.39±0.04减小到0.14±0.01 (P<0.05,n=4) (图3B)。 (5) 通道的平均开放时间常数发生变化, 由对照组的0.63±0.09 ms 减少到0.266±0.05 ms (P<0.05, n=4)
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    3讨论

    3.1 DHP类激动剂Bay K8644对L-型Ca2+通道的作用

    作为特异的L-型Ca2+通道激动剂, 已证明Bay K8644可使海马CA3、 CA1区锥体神经元等L-型Ca2+通道的开放概率大大增加, 并可增加单通道长程开放比例等[3]。本实验证明 Bay K8644 对下丘脑L-型Ca2+通道具有相似的作用。无Bay K8644作用时, 通道开放概率较低, 通道的门控方式为0模式 (无活动) 和1模式 (短暂的闪烁样开放); 在Bay K8644的作用下, 通道开放形式改变, 由短暂闪烁样开放为主变为持久性开放为主。在Bay K8644作用下, 通道几乎全程开放, 这可能是因为Bay K8644对单通道有以下的影响: (1) 增加了所有指令电压下通道开放概率; (2) 被激活的通道开放的有效数目增加; (3) 使单通道的激活曲线、即激活电压明显左移。Bay K8644使通道平均开放时间显著增长, 此作用与文献报道的Bay K8644对其它神经元上L-型Ca2+通道的影响比较一致[4]。Bay K8644影响L-型Ca2+通道开放形式的另一个特点是使通道的开放级数显著变化。如无Bay K8644作用, 通道只表现一级开放, 药物作用下, 通道二级甚至多级开放明显可见。Bay K8644的这种调制作用的机制与单通道的门控行为有关, 可能是增加了通道从0模式、 1模式向2模式 (持久性开放) 的转换[5]。Bay K8644对通道单位电流幅度影响不明显, 因此不改变单通道电导[6]。
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    3.2 DHP类拮抗剂nifedipine对L-型Ca2+通道的作用

    Nifedipine是一种非常有效的L-型Ca2+通道拮抗剂, 它不仅能阻断L-型Ca2+通道还能阻断T-型Ca2+通道, 因为对血管平滑肌上Ca2+通道的强烈阻断效应, nifedipine早已被应用于临床高血压和心绞痛的治疗。本实验证明, nifedipine对下丘脑神经元L-型Ca2+通道也有明显阻断效应, 它通过缩短L-型Ca2+通道的平均开放时间而抑制通道活动。这与文献报道的对海马神经元的抑制作用一致[7]。这种阻断作用可能是因为nifedipine与通道失活态有较高的亲和力, 从而促进了L-型Ca2+通道从1模式向0模式转换的结果[8]。nifedipine不影响通道单位电流幅度, 因此不改变单通道电导。但它使单通道平均开放概率变小, 故通道整体平均电流显著减小, 这与nifedipine对基底前脑神经元上L-型Ca2+通道的影响相似[4]。据文献报道, 低剂量的nifedipine可能对L-型Ca2+通道存在一定的激动作用[9], 但在本实验中未发现此种作用。
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    DHP类Ca2+通道调制药是Ca2+通道的一种重要的工具药, 是一类对L-型Ca2+通道相对特异的药物。现已证明, DHP类Ca2+通道调制药是与L-型Ca2+通道的α1亚单位上的药物结合位点相互作用的, 并且此药物结合位点在立体构像上与Ca2+通道上其它的结合位点有着显著的不同。但是关于药物对通道电压依赖性、 动力学特点的作用机制, 以及药物在通道作用位点的确切位置目前还未完全了解。

    参考文献

    [1]Zhang JF, Randall AD, Ellinor PT et al. Distinctive pharmacology and kinetics of cloned neuronal Ca2+ channels and their possible counterparts in mammalian CNS neurons. Neuronpharmacology, 1993, 32(11):1075~1088.
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    [2]Zou F (邹 飞), Gao TM (高天明), Chen PX (陈培熹). The method of acute isolation of neurons suitable for Patch-clamp study from brain. Chin J Appl Physiol (中国应用生理学杂志), 1995, 11(1):79~82 (Chinese, English abstract).

    [3]Hirasawa T, Nakamura T, Morita M et al. Activation of dihydropyridine sensitive Ca2+ channels in hippocampal neurons in culture by parathyroid hormone. Neurosci Lett, 1998, 256(3):139~142.

    [4]Griffith WH, Taylor L, Davis MJ. Whole-cell and single-channel calcium currents in guinea pig basal forebrain neurons. J Neurophysiol, 1994,71(6):2359~2376.
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    [5]McDonald TF, Pelier S, Trautwein W et al. Regulation and modulation of calcium channel in cardiac, skeletal, and smooth muscle cells. Physiol Rev, 1994, 74(2):365~375.

    [6]Kim HC, Chung MK. Voltage-dependent sodium and calcium currents in acutely isolated adult trigminal root ganglion neurons. J Neurophysiol, 1999, 81(3):1123~1134.

    [7]Jensen K, Jensen MS, Lambert JD. Role of presynaptic L-type Ca2+ channels in GABAergic synaptic transmission in cultured hippocampal neurons. J Neurophysiol, 1999, 81(3):1225~1230.

    [8]Spedding M, Paoletti R. Ⅲ. Classification of calcium channels and the sites of action of drugs modifying channel function. Pharmacol Rev, 1992, 44(3):363~376.

    [9]Bean BP. Pharmacology of calcium channels in cardiac muscles, vascular muscle and neurons. Am J Hypertens, 1991, 4(7 Pt 2):406s~411s., 百拇医药